[发明专利]具有阵列微结构的生物基超疏水防冰涂层及其制备方法

说明书

本发明提出一种具有阵列微结构的生物基超疏水防冰涂层及其制备方法，首先在金属模板上构建微米级阵列结构，之后进行阳极氧化处理，之后通过粘合剂将模板粘附在弹性体材料上，最后通过热压印将模板上的图案复制到生物基聚合物表面。本发明提供的一种具有阵列微结构的生物基超疏水防冰涂层及其制备方法具有以下优势：集合了固体模板和软膜板的共同优势可精准获得模板图案，而且制备了具有复杂结构的涂层表面；用可再生的生物基资源取代石油类产品作为原材料，且减少了含氟材料的使用，实现了经济环保的目的；且涂层具有透明、柔韧、稳定、耐久的特点；制备方法简单、制造成本低、生产效率高，适合于大规模生产。

技术领域

本发明属于超疏水涂层技术领域，具体涉及一种具有阵列微结构的生物基超疏水防冰涂层及其制备方法。

背景技术

自20世纪九十年代以来国内外通过对于荷叶的自清洁、水黾可以轻松地在水中滑行的观察和研究，得出物体表面的润湿性能不仅与物体表面的化学物质有关，而且与物体表面的特殊结构有关的结论，目前这个结论现已被广大超疏水研究者所接受，通常制备超疏水的表面有二个策略：一是对具有特殊图案的表面进行低表面能的化学修饰，二是在低表面能的材料上构建多级结构的图案，基于这两条路径目前制备超疏水表面的方法主要为激光刻蚀法、等离子体刻蚀法、物理及化学气相沉积法、相分离法、溶胶凝胶法、纳米颗粒法等，但是其中许多制备方法工艺复杂、制造成本高，制备的涂层耐磨性差且与基体材料结合较弱，综合各方面的因素限制了超疏水涂层在工农业生产和生活中的使用。

相比于刻蚀法、纳米颗粒法、相分离法，模板法是一种低成本、操作方便、重复性好、高效率的方式，一般我们将模板分为软膜板和硬膜版，软模板具有良好的韧度，可以实现一定程度的弯曲，适合制备具有复杂结构的曲面结构，硬模板具有金属的力学性能、结构容易保持稳定、不易撕裂、不容易粘粘，可以实现精确复型。软膜板的优势是硬模板所不具有的，相反硬模板的优势是软模板缺乏的，但是目前想大面积制造曲面的、复型精确的超疏水涂层还具有一定的难度，如何取长补短，结合二种模板的优势，这给设计模板的研究者提出了一种思考方向。

超疏水涂层的构建不仅涉及表面微结构的设计，还与固体表面的化学成分有关。高分子材料是一种具有良好的成型性能、粘结性较强、耐磨性良好而且本身自由能就低，在日常的工农业生产和生活中有着广泛的应用，这吸引了超疏水领域研究者的关注，也将科研工作者的目光转向于聚合物超疏水涂层的研究中，聚合物材料除了具有上述提到的优良性能之外，而且聚合物超疏水涂层制备工艺简单、制备方式多样适合工业化生产而且制造成本低。因为硅/氟材料是常见的低表面能材料,具有耐候性、难燃、耐腐蚀和耐氧化稳定性等优异特性,所以目前提到的聚合物材料多为氟硅树脂，超疏水涂层的制备中也大量使用此类材料被广泛应用于制备，但是含氟材料不仅价格昂贵而且对环境有害。

发明内容

本发明的目的在于提出一种具有阵列微结构的生物基超疏水防冰涂层及其制备方法，以解决传统防冰涂层耐久性、环保性差、制备形状较为单一等问题。

针对现有技术制备聚合物涂层中大量含有有害物质氟以及大量使用石油原料来制备聚合物的现象，本发明提供了一种具有阵列微结构的生物基超疏水防冰涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)以厚度为0.2-0.4mm金属材料为基体，将所述金属材料裁成边长为1-2cm的金属模板，之后利用微米级电化学加工工艺在所述金属模板上构建微米级阵列结构，之后用乙醇和去离子水清洗、干燥备用；

(2)将步骤(1)干燥后的所述金属模板进行阳极氧化处理，之后用乙醇和去离子水清洗、干燥备用；

(3)将步骤(2)处理后的所述金属模板用粘合剂粘附在厚度1-2cm的聚氨酯热塑性弹性基体之上，形成金属-弹性基体模板；

(4)另取一块铝合金板作为基底，在所述基底上涂覆厚度为100-150μm的生物基聚合物，获得基底-生物基聚合物涂层；